بناء مقياس مغناطيسي لمبادرة البروتون، كراسنودار، بيليتسكي A. I.

مقياس المغناطيسية مصممة لقياس تحريض المجال المغناطيسي. يستخدم مقياس المغناطيسية مجالًا مغناطيسيًا مرجعيًا، والذي يسمح، من خلال تأثيرات فيزيائية معينة، تحويل المجال المغناطيسي المقاس إلى إشارة كهربائية.
يعتمد الاستخدام التطبيقي لأجهزة قياس المغناطيسية للكشف عن الأجسام الضخمة المصنوعة من مواد مغناطيسية حديدية (في أغلب الأحيان من الفولاذ) على التشوه المحلي للمجال المغناطيسي للأرض بواسطة هذه الأجسام. تتمثل ميزة استخدام أجهزة قياس المغناطيسية على أجهزة الكشف عن المعادن التقليدية في ذلك نطاق كشف أطول.

مقاييس التدفق المغناطيسي (المتجه).

أحد أنواع أجهزة قياس المغناطيسية هو . تم اختراع بوابة التدفق بواسطة فريدريش فورستر ( )

في عام 1937 ويعمل على تحديد ناقلات تحريض المجال المغناطيسي.

تصميم بوابة التدفق

بوابة تدفق قضيب واحد

أبسط بوابة تدفق تتكون من قضيب دائم يتم وضع ملف الإثارة عليه (( لفائف القيادة) ، مدعوم من التيار المتردد، وملف قياس ( لفائف الكاشف).

بيرمالوي- سبيكة ذات خصائص مغناطيسية ناعمة، تتكون من الحديد و45-82% نيكل. يتمتع Permalloy بنفاذية مغناطيسية عالية (أقصى نفاذية مغناطيسية نسبية ~ 100000) وإكراه منخفض. العلامة التجارية الشهيرة من السبائك الدائمة لتصنيع بوابات التدفق هي 80НХС - 80٪ نيكل + كروم وسيليكون مع تحريض تشبع يتراوح بين 0.65-0.75 طن، يستخدم في نوى المحولات صغيرة الحجم والاختناقات والمرحلات التي تعمل في المجالات الضعيفة للشاشات المغناطيسية، لنوى محولات النبض ومكبرات الصوت المغناطيسية والمرحلات غير التلامسية لنوى الرأس المغناطيسية.
إن اعتماد النفاذية المغناطيسية النسبية على شدة المجال لبعض أنواع السبائك الدائمة له الشكل -

إذا تم تطبيق مجال مغناطيسي ثابت على القلب، فسيظهر الجهد في ملف القياس حتىالتوافقيات، حجمها بمثابة مقياس لقوة المجال المغناطيسي الثابت. يتم ترشيح هذا الجهد وقياسه.

بوابة تدفق قضيب مزدوج

مثال على ذلك الجهاز الموصوف في الكتاب كاراليسا ف.ن."الدوائر الإلكترونية في الصناعة" -

الجهاز مصمم لقياس المجالات المغناطيسية الثابتة في حدود 0.001...0.5 أورستد.
اللفات مجال الاستشعار L1و L3عداد متضمن. قياس اللف L2الجرح فوق اللفات الميدانية. يتم تشغيل اللفات الميدانية بواسطة تيار قدره 2 كيلو هرتز من مولد الدفع والسحب مع ردود فعل استقرائية. يتم تثبيت وضع المولد بالتيار المباشر بواسطة مقسم المقاوم ص8و ص9.

بوابة التدفق مع قلب حلقي
أحد خيارات التصميم الشائعة لمقياس المغنطيسية ذو بوابة التدفق هو بوابة تدفق ذات قلب حلقي ( حلقة التدفق الأساسية) -

بالمقارنة مع بوابات تدفق القضيب، فإن هذا التصميم له أقل ضوضاءويتطلب الخلق قوة دافعة مغناطيسية أقل بكثير.

هذا المستشعر لف الإثارة، جرح على قلب حلقي، يتدفق من خلاله تيار متردد بسعة كافية لإحضار القلب إلى التشبع، و قياس اللفوالتي يتم إزالة الجهد المتناوب منها، والذي يتم تحليله لقياس المجال المغناطيسي الخارجي.
يتم لف ملف القياس فوق القلب الحلقي، ويغطيه بالكامل (على سبيل المثال، على إطار خاص) -

هذا التصميم مشابه لتصميم بوابة التدفق الأصلي (يتم إضافة مكثف لتحقيق الرنين عند التوافقي الثاني) -

تطبيقات مقاييس المغناطيسية البروتونية
تستخدم مقاييس المغناطيسية البروتونية على نطاق واسع في الأبحاث الأثرية.
تم ذكر مقياس مغناطيسية البروتون في رواية الخيال العلمي "محاصر في الزمن" للكاتب مايكل كرايتون. الجدول الزمني") -
وأشار إلى أسفل قدميه. تم تثبيت ثلاثة هياكل صفراء ثقيلة على الدعامات الأمامية للمروحية. "في الوقت الحالي، نحمل أجهزة رسم خرائط التضاريس المجسمة، والأشعة تحت الحمراء، والأشعة فوق البنفسجية، ورادار المسح الجانبي." أشار كرامر إلى النافذة الخلفية باتجاه أنبوب فضي يبلغ طوله ستة أقدام يتدلى أسفل المروحية في الخلف: "وما هذا؟". "مقياس المغناطيسية البروتونية." "آه. وماذا يفعل؟" "يبحث عن الشذوذات المغناطيسية في الأرض تحتنا والتي يمكن أن تشير إلى جدران مدفونة، أو سيراميك، أو معدن."

أجهزة قياس المغناطيسية السيزيوم

أحد أنواع مقاييس المغناطيسية الكمومية عبارة عن مقاييس مغناطيسية ذرية معدنية قلوية مع ضخ بصري.

مقياس المغناطيسية السيزيوم G-858

أجهزة قياس المغناطيسية

أجهزة قياس المغناطيسية الحالة الصلبة

أكثر الأجهزة التي يمكن الوصول إليها هي أجهزة قياس المغناطيسية المدمجة في الهواتف الذكية. ل ذكري المظهرالتطبيق الجيد باستخدام مقياس المغناطيسية هو . الصفحة الخاصة بهذا التطبيق هي http://physics-toolbox-magnetometer.android.informer.com/.

إعداد أجهزة قياس المغناطيسية

لاختبار Fluxgate يمكنك استخدامها. تُستخدم ملفات هيلمهولتز لإنتاج مجال مغناطيسي منتظم تقريبًا. من الناحية المثالية، فإنهما يمثلان منعطفين حلقيين متطابقين متصلين ببعضهما البعض في سلسلة ويقعان على مسافة نصف قطر الدوران من بعضهما البعض. عادة، تتكون ملفات هيلمهولتز من ملفين يتم لفهما بعدد معين من اللفات، ويجب أن يكون سمك الملف أقل بكثير من نصف قطرها. في الأنظمة الحقيقية، يمكن أن يكون سمك الملفات مشابهًا لنصف قطرها. وبالتالي، يمكننا اعتبار نظام حلقات هلمهولتز عبارة عن ملفين متماثلين متحدين المحور، والمسافة بين مركزيهما تساوي تقريبًا متوسط نصف قطرهما. ويسمى نظام الملف هذا أيضًا بالملف اللولبي المنفصل ( الملف اللولبي الانقسام).

توجد في وسط النظام منطقة ذات مجال مغناطيسي موحد (مجال مغناطيسي في وسط النظام بحجم 1/3 نصف قطر الحلقات متجانسة في حدود 1٪)، والتي يمكن استخدامها لأغراض القياس، ومعايرة أجهزة استشعار الحث المغناطيسي، وما إلى ذلك.

يتم تعريف الحث المغناطيسي في مركز النظام على أنه $B = \mu _0\,(\left((4\over 5)\right) )^(3/2) \, (IN\over R)$,
حيث $N$ هو عدد اللفات في كل ملف، $I$ هو التيار عبر الملفات، $R$ هو متوسط نصف قطر الملف.

يمكن أيضًا استخدام ملفات هيلمهولتز لحماية المجال المغناطيسي للأرض. للقيام بذلك، من الأفضل استخدام ثلاثة أزواج متعامدة من الحلقات، ثم لا يهم اتجاهها.

للإصلاحات والمشكلات الفنية الأخرى، انقر هنا. إصلاح المعدات المنزلية والمكتبية.

بناء مقياس المغناطيسية البروتونية. كوبان كراسنودار.

الترجمة مع الإضافات والملاحظات، أد. إل آي فولكوفا. [البريد الإلكتروني محمي]زابوروجي، أكتوبر 2008

في المقالة أعلاه، إضافات المؤلف وتعليقاته مكتوبة بخط مائل.

عنتم تنفيذ مشروع "الفناء الخلفي" التعليمي باستخدام مكونات إلكترونية متاحة على نطاق واسع. يستخدم هذا الجهاز عدادًا لقياس تردد البروتونات في المجال المغناطيسي بعد استقطابها النبضي. يعتمد التحكم في تردد البروتونات في المجال المغناطيسي على ثابت فيزيائي صارم. تم وصف المواد المرجعية الشاملة، بالإضافة إلى التطبيقات العملية لمقاييس مغناطيسية البروتون، في مجلة The Amateur Scientist، فبراير 1968 - انظر التعليق. عمود تم تحريره بواسطة مجلة ساينتفيك أمريكان. تم أيضًا وصف تصميم ملف مقياس المغناطيسية المزدوج هناك. تم استخدام المعلومات الواردة في هذه المقالة كأساس لهذا التطوير. بعد فترة وجيزة من العثور على مقال حول هذا المشروع في مجلة Scientific American في فبراير 1968، خطر لي أنه يمكننا محاولة إضافة عداد تردد إلى مقياس مغناطيسية البروتون. وهذا المشروع العلمي المسمى "علم الفناء الخلفي" يهتم بقياس قوة المجال المغناطيسي للأرض عند نقطة محددة. إذا قمت بإضافة محول رقمي إلى تناظري إلى الجهاز، فسيكون من الممكن توصيل مسجل الرسم التخطيطي.

منذ عدة سنوات قمت ببناء مقياس مغناطيسي متقدّم (مقياس مغناطيسي لبوابة التدفق). تم وصفه في مقال بقلم ريتشارد نوبلز نُشر في سبتمبر 1991 في عالم الإلكترونيات + عالم اللاسلكي. في المخطط الإشعاعي لهذا الجهاز، تكون شدة المجال المغناطيسي القصوى في الاتجاهين الشرقي والغربي، وتكون المعابر الصفرية في الاتجاهين الشمالي والجنوبي. على مقربة من مركز العلوم في الفناء الخلفي، الضوضاء لائقة تمامًا. تمتد توافقيات تردد الطاقة القوية المنبعثة من خطوط الطاقة إلى نطاق التردد الصوتي، حيث تتنافس مع التردد الأساسي لإزالة استقطاب البروتون. لا يمكن التعامل مع هذه الضوضاء إلا من خلال التبديل التفاضلي (العداد) لملفات المستشعر، وتوجيه المستشعر الأمثل في المجال المغناطيسي للأرض، وأخذ عينات إشارة الصوت الرقمية القياسية.

وسيتم نقلك إلى الموقع الإلكتروني لمركز أبحاث المراقبة فريدريكسبيرغ التابع لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (الولايات المتحدة الأمريكية)، والذي يقع بالقرب من الفناء الخلفي.

الأساسيات الفيزيائية لتشغيل مقياس الضغط المغناطيسي

يعتمد تشغيل مقاييس المغناطيسية المسبقة على الثابت الذري الذي يحدد تردد مبادرة محور دوران البروتون في المجال المغناطيسي. ويعرف في الفيزياء وعدد من العلوم الأخرى بتردد لارمور.

حاليًا، هناك طرق ميكانيكا الكم لتفسير هذه الظاهرة، ومع ذلك فإن التفسير الكلاسيكي متاح بشكل عام وأكثر تقبلاً. البروتون هو جسيم مشحون يمكن تصوره وهو يدور حول محوره المركزي. إن دوران الجسيم المشحون يولد دائمًا مجالًا مغناطيسيًا، لذلك يمكن تمثيل البروتون كنوع من المغناطيس الصغير الأولي. إن تطبيق مجال مغناطيسي خارجي لا يغير التردد الزاوي لدوران البروتون، ولكنه يسبب تذبذبات (مبادرة) لمحوره المغناطيسي. وبهذه الطريقة، يتم موازنة تأثير المجال المغناطيسي الخارجي على البروتون.

لا ينطبق قانون لارمور على المجالات المغناطيسية الضعيفة، عندما يتم تطبيق طاقة أقل من 3 كيلو طن على البروتون من الخارج. في المجالات المغناطيسية الضعيفة، يسود الإزاحة الفوضوية (التعسفية) للمحور المغناطيسي للبروتون بسبب التأثيرات الحرارية والتفاعلات الأخرى بين الجزيئات. لذلك، في المجالات المغناطيسية الضعيفة، تكون الحركة الفوضوية للبروتونات مصدرًا لضوضاء كهرومغناطيسية كبيرة.

[ملحوظة خط عندما كان طفلاً، أي شخص يقوم بتدوير قطعة علوية ميكانيكية للعبة ثم يضربها بخفة قد لاحظ ظاهرة المبادره. قمة دوارة، بعد تطبيق أدنى دفعة خارجية (نقرة)، تنحرف على الفور عن محور الدوران السابق وتبدأ في التأرجح حوله بتردد معين.

كما أن كوكبنا الأرض يدور بشكل مستمر حول محوره بميل لمحور الدوران بالنسبة لمحور مسير الشمس قدره 23 درجة و26 دقيقة، ومدة دوران قدرها 23س56د؛ إنه موجود باستمرار في مجال الجاذبية لجسم كوني أكبر - نجم بروتون هيليوم دوار - الشمس، والتي تدور حولها لمدة 365.25 يومًا أرضيًا. يتم فرض مجالات الجاذبية والمغناطيسية القوية للشمس على مجالات الجاذبية والمغناطيسية للصهارة المنصهرة الدوارة وقشرة الأرض وكتلة ضخمة من الماء المحتوي على البروتون، بالإضافة إلى العديد من المواد الأخرى الحساسة مغناطيسيًا على كوكب الأرض.

إن فترة تقدم محور دوران الأرض هائلة وفقًا لمعاييرنا - أقل بقليل من 26000 سنة أرضية. خلال هذه الفترة بأكملها، يتقلب ميل محور دوران الأرض بالنسبة لمحور مسير الشمس بشكل متناغم خلال ±23 درجة و26 دقيقة. وهذا هو السبب الرئيسي للتغيرات المناخية العالمية الدورية طويلة المدى على كوكبنا.

يكفي أن نقول إن الوجود الكتابي للحضارة الإنسانية الأخيرة، والذي يبدأ من اللحظة التي أعطى فيها الله للإنسان الأرضي الأول آدم كلمته وروحه القدوس (فترات ما قبل الطوفان وما بعد الطوفان حتى يومنا هذا) هو أكثر بقليل من ربع فترة مبادره محور دوران الأرض حول محور مسير الشمس ! (في الشكل 1، هذا هو القطاع الأيمن السفلي).

مقياس زاوية الانحراف

أرز. 1. الحركة المسبقة للقطب السماوي على طول الأبراج القطبية. يتحرك القطب السماوي ببطء شديد عبر الكوكبات القطبية، ويتحرك حول محور مسير الشمس بفترة تقارب 26000 سنة. ويمر في الوقت نفسه بالتتابع عبر الأبراج التالية: هرقل (-8000-6000 سنة قبل الميلاد)، دراكو (-6000-2000 سنة قبل الميلاد)، الدب الأصغر (-2000-0+3500 سنة قبل الميلاد وبعده)، سيفيوس (3500-8000 م)، الدجاجة (8000-13000 م)، ليرا (13000-15500 م)، ومرة أخرى دراكو (بعد 15500 م). التدرج حسب السنة تقريبي. على مدى 26000 سنة، يتغير محور مسير الشمس أيضًا في اتجاه حركة النظام الشمسي بأكمله بكمية صغيرة - حوالي 4؟ (حسب الكتاب: F.Yu. Siegel. كنوز السماء المرصعة بالنجوم. م: Nauka، GRFML، 1987، ص 67-68، 276-277. )

تتأثر الأرض بشكل دوري بالقمر الصناعي التابع لها، بالإضافة إلى جميع الكواكب الثمانية (9) الأخرى في النظام الشمسي. بسبب الدوران الدوري للقمر حول الأرض، تحدث مد وتدفقات دورية للمياه في البحار والمحيطات: تحتوي الكتلة الضخمة من مياه الأرض على عدد هائل من البروتونات، بالإضافة إلى ذرات الأكسجين البارامغناطيسية، التي تحملها بعيدًا مجالات الجاذبية والمغناطيسية للقمر، وكذلك جميع الكواكب الأخرى في النظام الشمسي.

يتكون الإنسان من 80٪ ماء تقريبًا، لذلك فهو، مثل كل مياه الأرض، يشعر بدرجة أكبر أو أقل بالعواصف المغناطيسية على الشمس، وأطوار القمر (البدر)، وتأثير جميع الكواكب الأخرى للنظام الشمسي. يشعر الإنسان بمجالات الجاذبية على شكل وزن (كتلة). أما بالنسبة للمجالات المغناطيسية للأرض والشمس والقمر وجميع الكواكب الأخرى، فإن البشرية معتادة على وجودها الأبدي وتغيراتها الدورية الطبيعية بحيث لا يلاحظها معظم الناس، ولا يشعرون بأي منها. الحقول أو تغيراتها، كما يلاحظ من يعيش بجانب البحر صوت الأمواج.

إن القابلية المغناطيسية للماء والغالبية العظمى من العناصر الكيميائية ومركباتها وتكويناتها الهيكلية على الأرض قريبة من الوحدة. ومع ذلك، فإن بعض العناصر الكيميائية وتكويناتها الهيكلية (عدد من البلورات والسبائك المعتمدة على الحديد والنيكل والكوبالت وما إلى ذلك) تكون شديدة التأثر مغناطيسيًا. المكون الأساسي لدم الإنسان هو الماء. تذوب فيه جزيئات مختلفة ومجموعات الهيدروكسيل ومجموعاتها، ويتم تجميعها بشكل دائم في هياكل بيولوجية معقدة تحتوي على الحديد، وهو متعدد التكافؤ ويتناسب مع العديد من الأشكال الهيكلية ذات الحساسية المغناطيسية المختلفة. ولذلك، فإن جزءًا من البشرية معرض بشدة للتغيرات المحلية في المجال المغناطيسي للأرض بسبب العواصف الشمسية المغناطيسية والتقلبات المحلية للصهارة الأرضية. لا يستطيع بعض الأشخاص ذوي الحساسية المفرطة إدراك التقلبات الدقيقة في المجال المغناطيسي للأرض فحسب، بل يمكنهم أيضًا تطبيق فرط الحساسية لديهم - على سبيل المثال، يمكنهم العثور على مصادر للمياه تحت الأرض (التغطيس).

ما ورد أعلاه يعني أنه في مقاييس المغناطيسية البروتونية، فإن مستشعرات المجال المغناطيسي الخارجي ليست ملفات في حد ذاتها، ولكنها السائل الذي يحتوي على البروتون نفسه - الماء والكيروسين والعديد من السوائل الهيدروكربونية الأخرى، وعدد من الكحوليات، وما إلى ذلك. ملفات الاستشعار ضرورية للاستقطاب من البروتونات في الوسط المحتوي على البروتون من اختيارك، وكذلك لالتقاط الإشارات الضعيفة لمبادرة الاسترخاء للبروتونات المستقطبة. ولذلك، فإن قراءات مقاييس المغناطيسية البروتونية، كقاعدة عامة، لا تعتمد على تصميم أجهزة الاستشعار.

نهاية تقريبا. خط].

يتفاعل البروتون مع الاضطراب الناتج عن المجال المغناطيسي الخارجي المطبق عن طريق تحريك محور دورانه بتردد زاوي معين، وهو ثابت دقيق [معيار الهيدروجين]، ويسمى معامل الجيرومغناطيسية. بالنسبة للبروتونات، يتم تقريب هذا المعامل إلى 267.53x1E6 راديان في الثانية/تسلا، أو 42.58 ميجا هرتز/تسلا.

[ملحوظة خط هنا يتم إعطاء المعامل الجيرومغناطيسي في نظام SI. في الأعمال السابقة (على سبيل المثال، لهوجارد)، تم تقديمه كـ 4.258-4.26 كيلو هرتز/جاوس، وهو ما يعادل، لأن 1 تسلا = 10^4 غاوس].

في خطوط العرض الشمالية للولايات المتحدة، يبلغ متوسط قوة المجال المغناطيسي حوالي 50000 - 55000 نانو تسلا، وتختلف حسب موقع القياس. بسبب العواصف المغناطيسية الدورية، تحدث تغيرات قصيرة المدى في قوة المجال المغناطيسي للأرض، ويمكن أن تصل إلى عدة مئات من النانو تسلا. التغيرات اليومية التي تسببها الرياح الشمسية في طبقة الأيونوسفير هي في حدود عشرات النانو تسلا. وبشكل عام، فإن متوسط قوة المجال المغناطيسي للأرض في خطوط العرض هذه يتناقص بشكل مطرد في حدود سالب 90 نانو تسلا سنويًا.

[هذه ليست نهاية العالم، بل هي نتيجة طبيعية لمبادرة محور دوران الأرض حول محور مسير الشمس. إن لمبادرة محور دوران الأرض تأثير كبير على مناخ جميع قاراتها - انظر المحرر أعلاه. تقريبا. ترجمة.]

وبقياس تردد حركة البروتون في المجال المغناطيسي للأرض بجهاز خاص نجد أن هذا التردد يقع في المدى الصوتي:

مثال: 42.58 ميجا هرتز/تسلا * 52500x1E-9 تسلا = 2235 هرتز في منطقتي (أي كاتب هذا المقال - حارة تقريبًا) (في الشمال الشرقي)، يبلغ التردد المقاس حتى الآن في المتوسط 2271 هرتز، وهو ما يتوافق إلى أن متوسط قوة المجال المغناطيسي يبلغ حوالي 53300 نانو تسلا. تتوافق هذه النتيجة بشكل ممتاز مع بيانات مراقبة USGS لموقع يقع على بعد 160 ميلاً غرب فريدريكسبيرغ. تتوافق هذه القيمة أيضًا مع القيمة المقاسة بواسطة مقياس المغناطيسية المرجعي، والذي تمت معايرته في مجال ملف هيلمهولتز. للحصول على القيمة القصوى لشدة المجال المغناطيسي للأرض عند نقطة معينة، تم نقل المحور الهندسي لمستشعر الحركة المسبقة بالجهاز من الوضع الأفقي إلى الوضع العمودي تقريبًا.

[ملحوظة خط تقترب خطوط المجال المغناطيسي المنبعثة من الأقطاب المغناطيسية للأرض على طول مسارات شبه إهليلجية. العمودي لهذه الخطوط له انحراف صفري فقط عند خط الاستواء. ومع اقتراب الراصد من أحد قطبي الأرض، فإن الانحراف العمودي يزداد باطراد في اتجاه القطب القريب. قم بتجميع الثاني من أجهزة قياس المغناطيسية الموصوفة في هذه المقالة - وستكون قادرًا على قياس قوة المجال المغناطيسي للأرض وحجم الانحراف المغناطيسي لمنطقتك رقميًا، ومراقبة التغيرات قصيرة المدى وطويلة المدى في المجال المغناطيسي بسبب العواصف المغناطيسية الشمسية، وكذلك التغيرات السابقة في المجال المغناطيسي، بدقة عالية جدًا. يجب إجراء القياسات بعيدًا عن المصادر الحالية، والأشياء المعدنية، والشذوذات المغناطيسية، وما إلى ذلك، عن طريق رفع المستشعرإلى ارتفاع لا يقل عن 2 متر من سطح الأرض. نهاية تقريبا. عبر.]

بعد اثني عشر شهرًا من بدء وصول أجهزة الاستشعار الموصوفة أعلاه إلى الفناء الخلفي، لاحظت انخفاضًا في قيمة تردد القراءة في منطقتنا بحوالي 6-7 هرتز. في البداية كانت قيم التردد حوالي 2277 - 2278 هرتز. وهذا يتوافق أيضًا مع حجم التغيير المتوقع للمنطقة من خلال خدمات مراقبة USGS.

مقياس البروتون المغناطيسي لتقدير قوة المجال الجيومغناطيسي واكتشاف الشذوذات المغناطيسية "عن طريق السمع"

أرز. 2 رسم تخطيطي لمقياس مغناطيسية البروتون لتقييم شدة المجال المغنطيسي الأرضي واكتشاف الحالات الشاذة المغناطيسية "عن طريق السمع".

يوضح الشكل 2 رسمًا تخطيطيًا لإصدار الجهاز مع إخراج "السمع فقط". جزء العد من الدائرة الكهربائية مفقود. تحتوي الدائرة على ملف (ملفات) مستشعر فقط ومضخم صوت ومصدر طاقة وجهاز توقيت. يتم استخدام المؤقت للتحكم في تشغيل المرحل، الذي يربط الملف بالتناوب بمصدر الاستقطاب وبإدخال مضخم الصوت. (يوضح الرسم البياني الشكل الموجي لإشارة خرج المؤقت.)

[ملحوظة خط

1. من الأفضل استبدال الترانزستور ثنائي القطب بترانزستور ذو تأثير مجالي. حاليًا، يتم إنتاج ترانزستورات التأثير الميداني الرئيسية من أي قوة بكميات كبيرة. عندما تكون مغلقة، فهي تتمتع بمقاومة أعلى بكثير من تلك ثنائية القطب. لا تلعب العمليات العابرة المرتبطة بزيادة سعة القناة لترانزستور FET القوي أي دور تقريبًا، نظرًا لأن قياسات تردد مبادرة البروتون تبدأ عادةً في موعد لا يتجاوز 100-200 مللي ثانية بعد نهاية النبض الحالي لاستقطابها.

2. لضبط ملفات المستشعر على الرنين، يلزم وجود مكثفات عالية الثبات مع تيار تسرب منخفض. في التين. تم تعيين المكثف رقم 2 لضبط ملف المستشعر على الرنين على أنه "مكثف ضبط الملف 0.25-0.62 مللي فهرنهايت". إذا كان الجهاز مخصصًا للعمل في منطقة واحدة، فيمكنك قصر نفسك على حد قياس واحد، وبالتالي على مكثف واحد. يعتمد عدد حدود القياس على نطاق تشغيل الجهاز، بالإضافة إلى عامل الجودة لدائرة LC عند تردد مبادرة استرخاء البروتون - كلما زاد ارتفاعه، زاد عدد الحدود التي يجب وضعها. ولذلك، هناك حاجة لتبديل المكثفات الرنانة. في مقياس المغناطيسية MMP203، يتم تبديلها بواسطة مفتاح تقليدي متعدد المواضع لحدود القياس.

يمكن أيضًا تبديل المكثفات الرنانة باستخدام ترانزستورات التأثير الميداني. تيار التحكم هو نانو أمبير، لذلك يمكن بناء دائرة تبديل المكثف باستخدام منطق CMOS غير المكلف.

نهاية تقريبا. عبر.]

تصميم المستشعر

لقد اكتشفت في السوق مصدرًا محليًا فائقًا لإطارات الملفات لأجهزة استشعار مقياس المغناطيسية، والتي يمكن استخدامها في نفس الوقت كحاويات لسائل يحتوي على بروتون. هذا هو الجزء من السوق الذي توجد فيه التوابل. ابحث عن التوابل ذات الحجم والشكل المناسبين للحاوية. لقد اكتشفت أن هذه هي تلك الحاويات البلاستيكية ذات الجدران الرقيقة التي تحتوي على نتوءات حلقية في الأسفل وأسفل الغطاء مباشرة. إنها شكل يمكن بسهولة لف ملف متعدد المنعطفات عليه.

تين. 3. تصميم المستشعر الخطي من نوع الزجاجة يوضح الشكل 3 ملف مستشعر خطي بأبعاد محددة. هناك العديد من الأحجام المتاحة. يفضل البكرات التي يبلغ طولها حوالي 3.75 بوصة. يسمح الحجم الأكبر لجرة التوابل [الحاوية] بوجود ملف استشعار ذي موصلية أكبر. توفر مقاومة الملف المنخفضة عامل جودة أعلى Q، بالإضافة إلى تيار استقطاب أعلى (محدود بقدرة مصدر الطاقة). يزيد تيار الاستقطاب الأكبر من السعة الأولية لإشارة إزالة الاستقطاب. يوفر عامل الجودة الأعلى للملف Q أيضًا تعديلًا اهتزازيًا أطول للإشارة أثناء إزالة الاستقطاب. لاحظ أن محاثة الملف تتناسب طرديًا مع مربع عدد اللفات، بينما المقاومة النشطة للملف تتناسب طرديًا مع عدد اللفات. يمكن الافتراض أنه سيتم الحصول على أفضل النتائج (عامل الجودة العالية Q والضبط الانتقائي للدائرة بأكملها) باستخدام أكبر عدد ممكن من اللفات وأكبر مقطع عرضي للسلك قدر الإمكان. وبطبيعة الحال، هناك مكون لا يقل أهمية وهو المكثف، الذي يتم توصيله بالملف لضبطه على تردد [مبادرة البروتون].

يجب أن يكون حجم محاثة الملف كافيًا بحيث يمكن استخدام مكثف غير مكلف للغاية لضبط الملف على النحو الأمثل لفترة (تردد) إزالة الاستقطاب. تساعد قيمة Q الكبيرة أيضًا في الحصول على عرض نطاق أضيق لسلسلة القياس بأكملها، وهو أمر مهم جدًا لزيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء وتقليل تأثير المكونات التوافقية الأعلى (النغمات) للإشارة المضخمة. ملاحظات من كاتب المقال

1. من الممكن أنه عند لف هذا الملف المكون من 700 دورة، سيتم وضع السلك في أربع طبقات. ليس من السهل الحفاظ على كثافة الطبقة المثالية، لذلك قد ينتهي بك الأمر بخمس طبقات. في الواقع، عدد المنعطفات ليس حاسما. إذا كانت المنعطفة رقم 700 الأخيرة بعيدة عن نهاية الملف، فاستمر في اللف حتى النهاية.

2. مع المعلمات المذكورة أعلاه، حصلت على محاثة تبلغ حوالي 10 ملي هنري. صيغة تقريبية لحساب الحث (إهمال الطبقات المتعددة، مما يقلل من الحث بما لا يزيد عن 5٪):

ل = (ص2ن2)/(10(ص+ل))

حيث: r = 1/2 قطر الإطار (الزجاجة)، بوصة

ن = عدد اللفات

ل = الطول، بوصة

3. إذا تمت ملاحظة جميع المعلمات المذكورة أعلاه، بالنسبة لملفي مستشعر متصلين على التوالي، فيجب أن تكون سعة مكثف الرنين حوالي 0.25 μF.

4. تمتلئ الحاويات بسائل يحتوي على البروتون. يمكن أن يكون هذا الماء المقطر والكيروسين والميثانول. من الممكن أيضًا استخدام كحول الأيزوبروبيل

5. حاويات التوابل ليست مصممة بشكل عام لحمل السوائل. قد تحتوي أغطيتها على حشوات ورقية بداخلها يجب إزالتها. لإغلاق الحاويات، حاول صنع حشوات من الأنبوب الداخلي للدراجة أو مادة مماثلة.

في منطقة الفناء الخلفي، أدى استخدام ملفين إلى تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء بشكل ملحوظ. بالنسبة لي، أعطى ملفان متطابقان التأثير الأكبر. وللحد من التداخل الصناعي، تم تشغيلها بشكل متسلسل وموجه بعناية. تم تحقيق أفضل نسبة إشارة إلى ضوضاء مع الاتجاه الموازي لمحاور الملف والاتصال المعاكس لها.

[ملحوظة خط مع عامل الجودة العالية لملف المستشعر، يمكن أن يتشكل مجال EMF كبير عند أطرافه عند لحظات التبديل، لذلك يجب أن يكون جهد انهيار المكثفات الرنانة وجميع العناصر الرئيسية مرتفعًا قدر الإمكان.]

[إضافة المترجم. تصميمات أخرى لأجهزة استشعار قياس المغناطيسية.

أرز. 4. ملفات الاستشعار من النوع الغاطس. يتم استخدام مثل هذه الملفات بالضبط (قطعتان متوازيتان مع بعضهما البعض، وتبديل العداد، + شاشة مفتوحة مشتركة على طول المحيط الخارجي لكلا الملفين) في مستشعر مقياس المغناطيسية الشهير MMP-203

أرز. 5. إطار استشعار من النوع الحلقي

أرز. 6. المراحل المتوسطة لتصنيع الحساس الحلقي

أرز. 7. مجموعة أجهزة الاستشعار الحلقية

إضافة مترجم لشرح الضوضاء الخلفية للحساس.

الصور مرتبة - شكل 7، شكل 8، شكل 9.

أرز. 8.. إشارة إزالة استقطاب البروتون من مستشعر مقياس المغناطيسية المسبق (مستشعر ملف واحد). على طول المحاور: X - ثانية، Y - بالسيارات.

للاستماع للإشارة اضغط على رقم الصورة.

أرز. 9.طيف التردد للجزء الأكثر ظلًا من إشارة إزالة استقطاب البروتون، كما هو موضح في الشكل 8، بعد مضخم ضيق النطاق (مستشعر أحادي الملف).

للاستماع للإشارة اضغط على رقم الصورة.

أرز. 10.. تم الحصول على طيف التردد هذا باستخدام طريقة قياس التعويض، التي تعتمد على التوصيل المتتالي لملفين، والتي يتم من خلالها تعويض معظم التداخل والضوضاء الحرارية المغناطيسية، الملحوظة جدًا في الشكل 1، بشكل متبادل. 8 و 9. بعد الطرح التعويضي للتداخل والضوضاء الحرارية المغناطيسية، لوحظ توزيع خطي للكثافة الطيفية لإشارة مبادرة استرخاء البروتون في المخطط الطيفي. الذروة الرئيسية لمبادرة البروتون بتردد حوالي 2 كيلو هرتز مرئية بوضوح. كما أن الذروة الرئيسية للتوافقي الثاني للتردد الأساسي (حوالي 4 كيلو هرتز) مرئية بوضوح أيضًا. أعلى وتحت التوافقيات الأولى (حوالي 2 كيلو هرتز) والثانية (حوالي 4 كيلو هرتز) لتردد مبادرة البروتون، يتم ملاحظة قمم الأقمار الصناعية. يتم إزاحة تردداتها فوق وتحت الذروة المركزية وفقًا لعامل مضاعفة التردد (الرقم التوافقي) وفقًا لقوانين التفاعل المغزلي المداري. تنقسم قمم القمر الصناعي للتوافقي الثاني إلى قمتين. تتحول القمة الساتلية السفلية للتوافقي الثاني بشكل واضح نحو الترددات المنخفضة، وتصبح مرآة متناظرة مع القمة العليا. من الواضح أن مبادرة محور دوران البروتون من الدرجة الأولى غير متماثلة بشكل حاد بالنسبة إلى مركز كتلة البروتون (طاقات الروابط المتقابلة للبروتونات والإلكترونات (المدارات S وP) في روابط SP مختلفة). تكون مبادرة محور دوران البروتون من الدرجة الثانية متناظرة تقريبًا بالنسبة إلى مركز كتلتها (SP ± 1/2).

في بداية هذه المقالة قيل أن مصدر الضجيج الخلفي للمستشعر هو حركة البروتونات الحرارية في المجالات المغناطيسية الأرضية الضعيفة. لقياس تردد مبادرة الاسترخاء للبروتونات، يجب تنظيم عملية القياس بحيث تبدأ على الفور تقريبًا بعد إيقاف تيار الاستقطاب واكتمال عمليات الانتقال، وتستمر في فترة زمنية محدودة (في الشكل 8 هذا هو الفاصل الزمني الأكثر تظليلًا)، حيث يتجاوز سعة الإشارة المفيدة مستوى ضوضاء المستشعر، ومصادره هي التداخل والتقدم الفوضوي للبروتونات في المجالات المغناطيسية الأرضية الضعيفة ذات طاقة تساوي أو تقل عن 3 كيلو طن.

من المعروف من خلال التجربة أن الإشارة الصوتية المهتزة، التي يكون مصدرها مجموعة من الترددات، يتم تركيبها دائمًا على التردد الأساسي لإشارة المبادرة البروتونية (حوالي 2 كيلو هرتز). يمكن فهم أصلهم بعد تحليل الشكل. 10. التعديل الصوتي لإشارة المبادرة البروتونية بتردد حوالي 2 كيلو هرتز بواسطة ترددات أخرى هو نتيجة للتراكب على الإشارة الرئيسية للترددات المركبة التي تكونت نتيجة للإضافة والطرح الديناميكي للمكونات التوافقية العلوية والسفلية لـ التذبذبات الرنانة في الجزء القريب من الطيف الصوتي، بما في ذلك تأثير الرنين المغناطيسي الذي يقسم مستويات الطاقة لذرة الهيدروجين بسبب التفاعل المداري.

نهاية الإضافة.]

مضخم الصوت

أرز. 11. رسم تخطيطي لمضخم الصوت الانتقائي

تم بناء مكبر الصوت على أربعة ترانزستورات ثنائية القطب ومضخم تشغيلي مزدوج. يوضح الرسم التخطيطي توزيع الكسب في كل مرحلة. يعد مكبر الصوت هذا أيضًا مرشحًا نشطًا تم ضبطه على تردد البروتون المتوقع [لمنطقة معينة]. الحد الأقصى للكسب هو أكثر من 130 ديسيبل. ويظهر أيضا عرض النطاق الترددي النظري. الكسب الإجمالي كبير جدًا، لذلك يجب اتخاذ تدابير أثناء التثبيت لمنع مكبر الصوت من الإثارة الذاتية.

أرز. 12. الاستجابة الترددية لمضخم الصوت الانتقائي

أرز. 13. رسم تخطيطي لمضخم الصوت الانتقائي

لزيادة مقاومة دخل مكبر الصوت، يوجد مقاوم 100 أوم في باعث الترانزستور، ومقاوم 12 كيلو أوم في القاعدة، مما يقلل الحمل على ملفات الاستشعار المضبوطة على الرنين. إن دائرة LC الموازية الرنانة للمستشعر، والتي تتكون من الملفات ومكثف الرنين، لها مقاومة تبلغ حوالي 3000 أوم. تم اختيار جميع العناصر الأخرى لمرحلة الإدخال لتوفير نسبة إشارة إلى ضوضاء جيدة بأعلى ربح ممكن. ضجيج هذه المرحلة يعادل ضجيج المقاوم 560 أوم. ومع ذلك، فإن الضوضاء الصادرة عن ملفات الالتقاط والتداخل الخارجي تتجاوز بشكل كبير ضجيج مكبر الصوت نفسه.

ملحوظة خط في المراحل الثانية والثالثة وكذلك النهائية، يمكنك استخدام ترانزستور مركب بكسب عالي من النوع BC847C (؟ = 400-1000). سيؤدي هذا الاستبدال إلى تضييق عرض النطاق الترددي بشكل أكبر وتقليل مقاومة خرج مكبر الصوت إلى 1-3 كيلو أوم (Re = 820 أوم، Rк = 1-3 كيلو أوم).

أرز. 14. الترتيب الهيكلي للأجزاء على لوحة مكبر الصوت

في التين. يوضح الشكل 14 أدناه موقع الأجزاء الموجودة على لوحة مكبر الصوت. يتم تركيبه على رقائق الألياف الزجاجية ذات الوجهين [getinax]. جميع المكونات ملحومة بشكل آمن، وأطرافها مثبتة في أطراف النايلون أو التيفلون. يجب أن تكون الموصلات التي تربط المكونات المنفصلة قصيرة قدر الإمكان. يتم وضع لوحة مكبر الصوت في علبة مصبوبة خصيصًا ومغطاة بشاشة من الألومنيوم (شريط). يتم توصيل الشاشة الخارجية باللوحة الداخلية بواسطة وصلة توصيل.

ملحوظة ترجمة ما هو جيد في مقياس مغناطيسية مبادرة البروتون: لا يعتمد تردد مبادرة البروتون على تصميم المستشعر ونوع السائل المحتوي على البروتون، ولكنه يعتمد فقط على قوة المجال المغناطيسي الخارجي. (وهذا لأن النفاذية المغناطيسية للسوائل والمواد النموذجية المحتوية على البروتون المستخدمة في تصنيع أجهزة الاستشعار تساوي الوحدة.) لكن سعة الإشارة ووقت القياس وكذلك نسبة الإشارة إلى الضوضاء، وبالتالي حساسية الجهاز ككل، تعتمد إلى حد كبير على قرارات تصميم الدائرة التي تتخذها، وعلى تصميم المستشعر وتصنيعه بعناية والجهاز بأكمله ككل.

تعرض الصفحة التالية رسمًا تخطيطيًا لمقياس المغناطيسية مع مولد إضافي، حيث يتزامن تردد توليده مع تردد المبادرة [للبروتونات]. هذا مخطط دائرة يمكن الوصول إليه بالكامل لجهاز يسمح لك بقياس قوة المجال المغناطيسي في منطقة مغنطيسية أرضية محلية. عادة ما يتم إجراء هذه القياسات لأغراض إعلامية فقط. يمكن للأطراف المهتمة تكييف الجهاز لتطبيقات عملية محددة أخرى. لقد سعيت إلى تحقيق الفعالية من حيث التكلفة وسهولة الوصول إلى التطوير، حتى أتمكن عند تكراره من استخدام المكونات القياسية التي يسهل الوصول إليها. يمكن استبدال منطق CMOS الذي اخترته بنظائر TTL - ولكن ستكون هناك حاجة إلى مصدر طاقة أكثر قوة.

انتقل إلى بناء جهاز مزود بمولد إضافي!

وصف تصميم مقياس المغنطيسية مع مولد إضافي وPLL

الشكل 15. مخطط وظيفي لمقياس مغنطيسية البروتون مع مولد إضافي وPLL هذا مخطط كتلة لمقياس مغنطيسية البروتون، والذي يضيف القدرة على قياس تردد تغيير القوة الدافعة الكهربية المتولدة في ملف المستشعر بواسطة مبادرة البروتونات بعد تطبيق تيار استقطاب لعدة ثوان. تسمح لك أربعة فواصل عشرية بعرض نتيجة القياس بدقة 1 أو 0.1 هرتز. تم الحصول على مثل هذه الدقة العالية، مع وقت قياس أقل من ثانية واحدة، عن طريق مضاعفة N-fold للتردد المقاس لإشارة المبادرة.

يحتوي الجهاز على اثنتي عشرة دائرة متكاملة (ICs) وعدد صغير من المكونات المنفصلة المختلفة. يعد استخدام الدوائر المتكاملة أكثر اقتصادا من جميع النواحي، لأن هذا الجهاز يتكون من عدد صغير من العناصر القياسية القياسية. هناك العديد من البدائل للدوائر المرحلية متعددة الوظائف المستخدمة هنا - يمكن استبدالها ببوابات INE (NAND) وExOR (ExNOR) المنفصلة والعدادات والهزازات المتعددة. بالنسبة لهذا التطبيق، يعد اختيار IC 4046 متعدد الوظائف المزود بمذبذب مدمج للتحكم في الجهد الكهربي (VCO) مع العداد/المقسم 4060 حلاً جيدًا، ولكن هناك خيارات أخرى. إذا كان الجهاز يعمل بالبطارية، فإن استبدال الدوائر المتكاملة المنطقية TTL بـ CMOS يقلل بشكل كبير من الحمل ومتطلبات طاقة التيار المستمر.

(في هذه المقالة، تم تقديم دائرة كهربائية دقيقة أخرى متعددة الوظائف مسبقًا، كما هو موضح في الجزء السابق (الشكل 2)، والتي على أساسها يمكن تنفيذ فقط أبسط إصدار من جهاز الكشف عن الشذوذات المغناطيسية "LISTEN" (عن طريق السمع). مثل هذا الحل التقني لا يتطلب قياسات التردد [مبادرة البروتون]؛ فهو يستخدم فقط مؤقتًا لتشغيل وإيقاف تيار ملفات الاستشعار بشكل دوري من أجل الاستقطاب الدوري [للبروتونات]).

ملحوظة ترجمة على الرغم من بساطته، هذا الجهاز وظيفي للغاية. من حيث عمق ونصف قطر الكشف عن الشذوذات المغناطيسية التي تنشأ في التربة والمسطحات المائية بواسطة المعادن الحديدية، فإنه يتداخل بشكل كبير مع معظم أجهزة الكشف عن المعادن من الفئات والأنواع الأخرى. (لا يمكن الحصول على الحساسية المحددة إلا من خلال توصيل جهاز استشعار بالجهاز بملفين متطابقين تقريبًا متصلين في اتجاهين متعاكسين).

في جهاز مزود بـ PLL (الشكل 15، 16)، يتم إجراء مزامنة النبض الحالي عبر الملفات، بالإضافة إلى جميع عمليات قياس التردد اللاحقة [إزالة استقطاب البروتون] باستخدام مرنان الكوارتز. يمكنك العثور على أجهزة أسطوانية صغيرة مماثلة في بعض ساعات اليد الرقمية. يبيعون ما يقرب من 1 دولار لقطعتين. في الإلكترونيات النشطة أو 1 دولار لكل قطعة واحدة. في راديو شاك.

يعد مرنان الكوارتز الرئيسي إضافة لا غنى عنها لزوج CD4060/MC14060 MS. جنبا إلى جنب مع مرنان الكوارتز على مدار الساعة، فإنها تولد ترددًا قدره 32768 هرتز، والذي يتم ملاحظته عند إدخال عداد/مقسم ذو أربعة عشر بت. تردد الخرج النهائي للعداد/المقسم هو 2 هرتز، وهو ما يتوافق مع معدل تكرار النبض قدره 0.5 ثانية. للتحكم في الجهاز يتم إرسال هذا التردد إلى 4 عدادات ثنائية، آخرها يتحكم في العناصر المنطقية المتكاملة: أربع ثواني – ثانية منطقية / أربع ثواني – صفر منطقي. يتم استخدام دورة العد الكاملة المكونة من 4 عدادات ثنائية للتبسيط. إذا كنت تنوي إنشاء نسخة محمولة من مقياس المغناطيسية، فقد يكون من المفيد تقليل الفاصل الزمني لإزالة الاستقطاب (الاستماع) إلى نصف ثانية. للقيام بذلك، من الضروري استكمال الدائرة بواحد على الأقل من عناصر منطق NAND الأربعة من أجل فك تشفير النبضات الواردة (10 دورات على مدار الساعة) واستعادة العد.

يتم تطبيق تيار استقطابي على ملفات الاستشعار لبضع ثوان من أجل الحصول على سعة جيدة للإشارة الحاملة. عادة [لاستقطاب البروتون] ثلاث ثواني كافية. يقوم مرحل التبديل، بعد فصل الملف عن مصدر تيار الاستقطاب، بتوصيل الملف (الملفات) بمدخل مضخم الصوت. بعد التضخيم، تذهب الإشارة إلى العداد. إذا كان العد عند تردد الاسترخاء، يلزم وجود فاصل زمني إضافي للعد لتحقيق دقة قياس التردد بدقة 1 هرتز، وعشر ثوانٍ لتحقيق دقة قدرها 0.1 هرتز. مما لا شك فيه، في الحالة الأخيرة، يكون للإشارة الوقت الكافي لتقليل مستوى ضوضاء مكبر الصوت. لذلك، في تصميم دائرة الفناء الخلفي النموذجي (الشكل 2)، بعد ثانية واحدة، تتنافس إشارة الاسترخاء بالفعل مع الضوضاء والتداخل.

الشكل: 16 رسم تخطيطي لمقياس المغناطيسية مع مذبذب إضافي وPLL

حلقة مغلقة الطور مغلقة [والتي يتم تنفيذها في CD(HEF)40406 MS، وكذلك في 74AC(ACT)4046، 74HC(HCT)4046، 74HC(HCT)7046، 74HC(HCT)9046، و المستخدمة في هذه الدائرة ]، توفر قياس التردد الحامل بدقة عالية ودقة 1 و 0.1 هرتز، وفي أقل من ثانية واحدة. يتلقى أحد مدخلات مقارنات الطور المدمجة [ФК1:EXOR و ФК2:СОМВ)] إشارة من خرج مضخم الصوت. يتلقى المدخل الآخر لنفس مقارنات الطور إشارة تم تصنيعها بواسطة المذبذب الداخلي MS......046، الذي يتم التحكم فيه بواسطة الجهد - VCO.

[تقريبا. في سلسلة MS المذكورة أعلاه.....046، يتيح لك مقارن الطور المدمج FK1 مقارنة إشارات الإدخال عند التردد الأساسي وعند توافقيات إشارة الإدخال، وهو ما يعادل مضاعفة N-fold للمدخل التردد حتى بدون مقسم خارجي. يمكن لـ FC2 مقارنة إشارتين (نبضيتين) دوريتين فقط على التردد الرئيسي. يتم ضمان فصل عدد الترددات (أو بالأحرى الفترة) للإشارة الواردة للحصول على الدقة القصوى المطلوبة لقياس التردد f/N من خلال الاحتفاظ بالقيمة الحالية لتردد توليد VCO المدمج تلقائيًا ضمن حدود التحكم لجميع الاضطرابات النموذجية، وفي وجود مقسم خارجي، يكون لها دائمًا قيمة، وهي N مرات أعلى من التردد الحالي للإشارة الواردة. الوقت اللازم لإنشاء تردد خرج VCO بعد تغيير خطوة في التردد أو مرحلة إشارة الإدخال أقل من 1 مللي ثانية. عادةً ما تتم مقارنة مراحل الإشارات الواردة والمرجعية، التي يتم إجراؤها في أحد مقارنات الطور المدمجة: FK1 أو FK2 أو FK3 (في بعض الطرز)، عند تردد الإشارة الواردة. لذلك، عادةً ما يتم تقسيم تردد خرج VCO على عامل N قبل تغذيته إلى دخل جهاز المقارنة.]

في هذه الدائرة، يتم تقسيم تردد الخرج الحالي لـ VCO بالتتابع على 10 و8 بواسطة عدادين/مقسمين رقميين خارجيين. عندما يتم إغلاق حلقة الاتصال الخارجية لـ 4046 MC، يتم الحفاظ على تردد VCO بشكل مستمر مساوٍ لتردد خرج مضخم الصوت، مضروبًا في عامل N يساوي عامل التقسيم الإجمالي لجميع المقسمات الخارجية المتصلة (8x10 = 80) . [ملحوظة المسار: بالنسبة لـ MMP-203 N = 64، أي.

يتيح لك أخذ العينات المباشرة للإشارة من مخرج VCO إلى المقسمات الحصول على إشارة بدقة 0.1 هرتز (صحيح بالنسبة لـ MS CD(HEF)4046. تتيح لك سلسلة MS AC، NS الحصول على دقة أعلى - راجع الملاحظة على نهاية المقال). بطبيعة الحال، قد يتجاوز مؤشر قوة المجال المغناطيسي المكون من أربعة أرقام رقم العد الرابع، لأنه مع زيادة الدقة، يتم عرض الآلاف في الرقم الأعلى (الرابع)، ويتم عرض المئات والعشرات والوحدات وأعشار هرتز في الأرقام التالية ، على التوالى.

[ملحوظة خط MS من جميع السلاسل ... 046 مقارنة الطور FK2 (واحد فقط!) له مخرجان: أحدهما - معكوس - يتم إرساله إلى مرشح تمرير منخفض خارجي، والآخر - مباشر - يهدف إلى الإشارة إلى اللحظة التي يكون فيها العكس يكون خرج FK2 في الحالة الثالثة Z. فقط في هذه الحالة من FC2 تكون ترددات الإدخال والإخراج لـ MS متزامنة بشكل صارم مع عامل الضرب/القسمة N، بينما يظهر التردد المنطقي عند الإخراج المباشر لـ FC2. يمكن (بل وينبغي) استخدام هذا الخرج (الطرف الأول من MS) لتمكين عرض نتائج القياس الحقيقية، وحظر النتائج الزائفة. يتم استخدام تصميم دائرة مماثل في MMP-203 - الدائرة ضخمة جدًا، ونتيجة لذلك فهي أدنى بكثير من أي MS...046 متكامل في مقاومة التداخل والتداخل. في الرسم التخطيطي للإصدار التجريبي للجهاز المعروض هنا، لا يتم استخدام هذه الوظيفة الأكثر أهمية للدائرة الدقيقة MS...046 لتبسيط].

في هذا التصميم (الإصدار التجريبي المبسط)، يتم عرض حالات عدادات العقد باستخدام مصابيح LED. يُظهر الرسم التخطيطي (الشكل 16) أربعة مصابيح LED في الأرقام المهمة [حالات العرض 1، 2، 4، 8]، وفي الرقم الأكثر أهمية يكفي تثبيت اثنين أو ثلاثة مصابيح LED، حيث نادرًا ما يكون هناك فائض في هذا الرقم. سيتمكن المستخدم بسهولة من قراءة المعادل البسيط لجهاز فك التشفير الثنائي BCD2 (ألفين أو مائتين، اعتمادًا على الدقة المختارة). عادةً، في ظل ظروف القياس المستقرة، تحدث التغييرات فقط في الرقم الأقل أهمية - بدقة محددة تبلغ 1 هرتز، أو في الرقمين الأخيرين - بدقة 0.1 هرتز. إذا كان الاستخدام المقصود للأداة هو البحث المحمول، فأعتقد أن عرض الأرقام العشرية الكاملة سيكون مرغوبًا للغاية بحيث يتم قراءة جميع الاختلافات. (على الرغم من اكتشاف الحالات الشاذة المغناطيسية، فإن مجرد الاستماع إلى الصوت من مخرج الصوت قد يكون كافيًا تمامًا). هناك العديد من الحلول لتنفيذ شاشة العرض العشرية التي اعتدنا عليها: وهي... شاشة LCD مركبة، وشاشة LCD مكونة من سبعة أجزاء، وما إلى ذلك. إنها تتطلب استكمال الدائرة بوحدة فك تشفير BCD مناسبة بحيث يمكن تجزئة وحدة فك التشفير/المؤشر. يمكن أيضًا استخدام عداد/مؤشر مشترك باهظ الثمن. من أجل توفير وتقليل عدد موصلات التوصيل المصاحبة لمكونات العد في الدائرة، من الممكن في بعض الحالات استخدام هزازات متعددة أحادية الاستقرار (أحادية الاستقرار) بدلاً من العدادات المنفصلة. بمساعدتهم، يمكنك ضبط فترات وصول النبضات إلى دوائر الصدفة والتزامن. وهذا أبسط من فك تشفير حالات العدادات CD4060 و74197 (U1 وU2)، والتي يتم تشغيلها بواسطة نبضات توقيت تولدها بلورة بتردد 32.768 كيلو هرتز. (الشكل 7). يمكن تنفيذ جميع عمليات فك التشفير والتحكم باستخدام عناصر منطق NAND، وكذلك العاكسات (خاصة في الحالات التي لا توفر فيها العدادات نفسها العمليات المنطقية المطلوبة على إشارات الخرج Qpr وQinv).

لضمان فترات زمنية محددة، يجب ضبط فترات النبض عند مخرجات الهزاز المتعدد وتثبيتها بدرجة كافية من الدقة، ومع ذلك، فإن تسامح القيم الاسمية لعناصر التوقيت الخارجية للهزاز المتعدد غالبًا ما يكون غير كافٍ لضمان فترات زمنية دقيقة (التأخير). في المخطط أعلاه، يتم تكوين فترات زمنية دقيقة باستخدام تثبيت تردد الكوارتز وعداد متعدد البتات. تم تصميم مقاومات التوقيت R3 وR4 بشكل صحيح، ولكن من الناحية العملية يجب تعديلها لتوفير التأخير الزمني المطلوب (الفترات الزمنية)، [ نظرًا لأن التسامح مع المكثفات ذات القيمة الاسمية 10 مللي فهرنهايت واسع جدًا!ملحوظة خط].

أرز. 7. المخططات الزمنية لتشكيل نبضات التحكم. ضبط التأخير الزمني الرقم الثنائي الرابع لمخرج المذبذب/العداد CD4060 (Q4) متاح على MS U1، الدبوس 7. عند هذه النقطة، يتم تقسيم تردد المذبذب البلوري (32768 هرتز) على 16، أي ما يعادل 2048 هرتز. ضبط تأخير الهزاز المتعدد U3A

أنشئ الروابط المؤقتة التالية:

1. اقطع الاتصال بين النقطتين A1 وA2. قم بتوصيل A2 بإشارة اختبار بتردد 2048. هذا هو خرج MC U1، الدبوس رقم 7.

2. قم بقطع الاتصال بين النقطتين TC1 وTC2. تمر هنا إشارة الإعداد الأولية (RESET TO ZERO) لعقود جميع العدادات، والتي تم إنشاؤها وتأخيرها بواسطة الهزاز المتعدد U3A.

اضبط قيمة المقاومة المتغيرة R12 على الطرف 11 من U10 على حوالي 8000 أوم. بهذه الطريقة، يتم ضبط التردد المركزي لـ CD4046 MS VCO مسبقًا للتحقق من مدى وقوعه ضمن نطاق التقاط حلقة التغذية المرتدة لإشارة الاختبار. عندما يتم التقاط التردد بواسطة VCO، يجب أن يكون أعلى بـ 80 مرة من تردد إشارة الاختبار، أي. يساوي 163840 هرتز. اضبط مفتاح الدقة (S1) على الوضع "1 هرتز". في هذه الحالة، يتم توصيل إخراج مقسم التردد العشري لـ MS 16384 VCO (يشار إلى MS 74196 في الرسم البياني!) بإدخال عداد العشرة أيام عالي الترتيب. اضبط القيمة الاسمية لمقاوم التوقيت R3 على 56 كيلو أوم أو 62 كيلو أوم.

يجب تحديث الشاشة كل ثماني ثوان. المدة المحسوبة لدورة العرض هي 0.2 ثانية، لذلك عند تردد VCO 163840 هرتز سيتم عرضه كـ 3277. (0.2 × 16384 = 3277). حدد قيمة للمقاوم R3 بحيث يكون وقت التأخير U3A في نطاق 190 - 210 مللي ثانية، بينما يجب أن يقرأ العداد بين 3112 - 3440.

ضبط تأخير الهزاز المتعدد U3B:

اترك جميع اتصالات الاختبار السابقة. بالإضافة إلى ذلك، قم بإنشاء اتصالات الاختبار المؤقتة التالية:

1. اقطع الاتصال بين النقطتين D1 وD2.

2. اقطع الاتصال بين النقطتين B1 وB2. في B1، قم بتوصيل وصلة من الأسلاك المعزولة بحيث يمكنك توصيلها يدويًا بالأرض واستعادة إعادة ضبط العقد.

3. قم بإنشاء رابط مؤقت من النقطة E1 إلى D1. قم بإعادة ضبط جهاز القياس يدويًا عن طريق التأريض B1. لاحظ العداد، الذي يجب أن يقوم بالعد قبل وبعد استعادة العداد يدويًا. بالنسبة لـ R4، قم بتعيين القيمة الأولية إلى 27 كيلو أوم. اضبط قيمة R4 بحيث يكون زمن التأخير بين 90 و 100 مللي ثانية، وهو ما يعادل قراءة العداد بين 1475 و 1638. قم باستعادة كافة التوصيلات حسب مخطط دائرة الجهاز. ضبط تردد VCO لـ MS CD4046:

قم بإرفاق النقطة A2 بالأرض مؤقتًا. اضبط قيمة المقاومة R12 بحيث تقع قراءات المؤشر ضمن نطاق 2230 - 2250. قم بإزالة التأريض المؤقت.

[ملحوظة خط استبدال CD4046 بـ MS 74NS(NST)7046-9046 يسمح للمرء بالحصول على إشارة إلى تردد مبادرة استرخاء البروتون بدقة 1؛ 0.1; 0.01 و 0.001 هرتز!. (انظر أعلاه: وفقًا لدائرة CD4046 VCO، مع المقسمات 10 و8، تولد إشارة اختبار تبلغ 163840 هرتز. بالنسبة لـ CD4046 VCO، فإن التردد المحدد هو 1-2 ميجا هرتز. إذا أخذنا 74HC بدلاً من CD4046) HCT)70(90)46، وإضافة سلسلة OS لها قاسم عشري آخر (10*10*8)، فسيقوم VCO بتوليد تردد مركزي ثابت بترتيب أعلى، أي 1638400 هرتز. إذا لزم الأمر، يمكنك رفع تردد VCO بترتيب آخر من حيث الحجم، ومن ثم نحصل على دقة 0.001 هرتز!بالنسبة لسلسلة MS الجديدة 74NS...046، يتم رفع تردد التشغيل العلوي إلى 16-18 ميجا هرتز.بالنسبة لسلسلة أجهزة فك التشفير المضادة CMOS الجديدة 74NS، يتم رفع تردد العد إلى 50-80 ميجا هرتز).]

مع الأشعة فوق البنفسجية. بيليتسكي إيه آي 10.2008 كوبان كراسنودار.

يمكن أن يكون مقياس المغناطيسية التفاضلي الذي نلفت انتباهك إليه مفيدًا جدًا في البحث عن الأجسام الحديدية الكبيرة. يكاد يكون من المستحيل البحث عن الكنوز باستخدام مثل هذا الجهاز، ولكن لا غنى عنه عند البحث عن الدبابات والسفن الغارقة وأنواع أخرى من المعدات العسكرية.

مبدأ تشغيل مقياس المغناطيسية التفاضلي بسيط للغاية. أي جسم مغنطيسي حديدي يشوه المجال المغناطيسي الطبيعي للأرض. وتشمل هذه العناصر أي شيء مصنوع من الحديد والحديد الزهر والصلب. يمكن أيضًا أن يتأثر تشويه المجال المغناطيسي بشكل كبير بالمغنطة الخاصة بالأشياء، والتي تحدث غالبًا. وبعد تسجيل انحراف شدة المجال المغناطيسي عن قيمة الخلفية، يمكننا أن نستنتج وجود جسم مصنوع من مادة مغناطيسية حديدية بالقرب من جهاز القياس.

إن تشويه المجال المغناطيسي للأرض البعيد عن الهدف صغير، ويقدر باختلاف الإشارات الصادرة من مستشعرين تفصل بينهما مسافة ما. ولهذا السبب يسمى الجهاز التفاضلي. يقيس كل مستشعر إشارة تتناسب مع قوة المجال المغناطيسي. الأكثر استخدامًا هي أجهزة الاستشعار المغناطيسية وأجهزة الاستشعار التي تعتمد على الحركة المغناطيسية للبروتونات. يستخدم الجهاز المعني أجهزة استشعار من النوع الأول.

أساس جهاز الاستشعار المغناطيسي المغناطيسي (ويسمى أيضًا بوابة التدفق) هو ملف ذو قلب مصنوع من مادة مغناطيسية حديدية. إن منحنى المغنطة النموذجي لمثل هذه المادة معروف جيدًا من خلال دورة الفيزياء المدرسية، ومع الأخذ في الاعتبار تأثير المجال المغناطيسي للأرض، فإن له الشكل التالي، كما هو موضح في الشكل. 29.

أرز. 29. منحنى المغنطة

يتم إثارة الملف بواسطة إشارة حاملة جيبية متناوبة. كما يظهر في الشكل. 29، يؤدي إزاحة منحنى مغنطة النواة المغناطيسية للملف بواسطة المجال المغناطيسي الخارجي للأرض إلى حقيقة أن تحريض المجال والجهد المرتبط بالملف يبدأ في التشويه بطريقة غير متماثلة. بمعنى آخر، فإن جهد المستشعر ذو التيار الجيبي لتردد الموجة الحاملة سيختلف عن الجهد الجيبي من خلال قمم "مسطحة" أكثر لنصف الموجات. وستكون هذه التشوهات غير متماثلة. في لغة التحليل الطيفي، يعني ذلك المظهر في الطيف لجهد الخرج لملف التوافقيات الزوجية، التي يتناسب اتساعها مع قوة المجال المغناطيسي المتحيز (مجال الأرض). حتى هذه التوافقيات هي التي يجب "القبض عليها".

أرز. 30. جهاز الاستشعار المغناطيسي التفاضلي

قبل أن نذكر الكاشف المتزامن الذي يقترح نفسه بشكل طبيعي لهذا الغرض، ويعمل بإشارة مرجعية ذات تردد حامل مضاعف، دعونا نفكر في تصميم نسخة معقدة من جهاز الاستشعار المغناطيسي المغناطيسي. يتكون من قلبين وثلاثة ملفات (الشكل 30). في جوهره، هذا هو جهاز استشعار التفاضلي. ومع ذلك، من أجل البساطة، لن نسميها تفاضلية في النص، لأن مقياس المغناطيسية نفسه تفاضلي بالفعل :).

يتكون التصميم من قلبين مغناطيسيين متطابقين مع ملفات متطابقة مرتبة بالتوازي بجانب بعضها البعض. بالنسبة للإشارة الكهربائية المثيرة للتردد المرجعي، فهي متصلة بتيار عكسي. الملف الثالث عبارة عن جرح متعرج أعلى الملفين الأساسيين الأولين المطويين معًا. في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي متحيز خارجي، تكون الإشارات الكهربائية للملفين الأول والثاني متناظرة، ومن الناحية المثالية، تعمل بطريقة لا توجد إشارة خرج في الملف الثالث، حيث يتم تعويض التدفقات المغناطيسية عبره بالكامل .

وفي ظل وجود مجال مغناطيسي متحيز خارجي، تتغير الصورة. أول نواة أو أخرى في ذروة نصف الموجة المقابلة "تطير" إلى التشبع بشكل أعمق من المعتاد بسبب التأثير الإضافي للمجال المغناطيسي للأرض. ونتيجة لذلك، تظهر إشارة عدم تطابق التردد المزدوج عند مخرج الملف الثالث. يتم تعويض الإشارات التوافقية الأساسية بشكل مثالي هناك.

تكمن راحة المستشعر قيد النظر في حقيقة أنه يمكن تضمين ملفاته في الدوائر المتذبذبة لزيادة الحساسية. الأول والثاني - في دائرة (أو دوائر) تذبذبية مضبوطة على تردد الموجة الحاملة. الثالث - في دائرة متأرجحة مضبوطة على التوافقي الثاني.

يحتوي المستشعر الموصوف على نمط إشعاع واضح. تكون إشارة الخرج الخاصة بها هي الحد الأقصى عندما يقع المحور الطولي للمستشعر على طول خطوط قوة المجال المغناطيسي الثابت الخارجي. عندما يكون المحور الطولي متعامدًا مع خطوط القوة، تكون إشارة الخرج صفرًا.

يمكن لجهاز استشعار من النوع قيد النظر، وخاصة بالاشتراك مع كاشف متزامن، أن يعمل بنجاح كبوصلة إلكترونية. تتناسب إشارة الخرج الخاصة بها بعد التصحيح مع إسقاط متجه شدة المجال المغناطيسي للأرض على محور المستشعر. يتيح الاكتشاف المتزامن معرفة علامة هذا الإسقاط. ولكن حتى بدون إشارة - من خلال توجيه المستشعر وفقًا للحد الأدنى من الإشارة، نحصل على اتجاه نحو الغرب أو الشرق. وبالتوجه إلى الحد الأقصى نحصل على اتجاه خط المجال المغناطيسي للأرض. في خطوط العرض الوسطى (على سبيل المثال، في موسكو) يذهب بشكل غير مباشر و "يلتصق" بالأرض في اتجاه الشمال. يمكن استخدام زاوية الانحراف المغناطيسي لتقدير خط العرض الجغرافي لمنطقة ما تقريبًا.

أجهزة قياس المغناطيسية المغناطيسية التفاضلية لها مزاياها وعيوبها. تشمل المزايا بساطة الجهاز، فهو ليس أكثر تعقيدا من جهاز استقبال راديو التضخيم المباشر. تشمل العيوب كثافة عمالة أجهزة الاستشعار - بالإضافة إلى الدقة، هناك حاجة إلى تطابق تام تمامًا لعدد دورات اللفات المقابلة. يمكن أن يؤدي خطأ دورة واحدة أو دورتين إلى تقليل الحساسية المحتملة بشكل كبير. ومن العيوب الأخرى طبيعة الجهاز "البوصلة"، أي عدم القدرة على التعويض الكامل عن مجال الأرض من خلال طرح الإشارات من مستشعرين متباعدين. من الناحية العملية، يؤدي هذا إلى ظهور إشارات خاطئة عند تدوير المستشعر حول محور عمودي على المحور الطولي.

تصميم عملي

تم تنفيذ التصميم العملي لمقياس المغناطيسية التفاضلية المغناطيسية واختباره في نسخة أولية بدون جزء إلكتروني خاص للإشارة الصوتية، وذلك باستخدام مقياس ميكرومتر فقط مع صفر في منتصف المقياس. يمكن أخذ دائرة الإشارة الصوتية من وصف جهاز الكشف عن المعادن على أساس مبدأ "الإرسال والاستقبال". يحتوي الجهاز على المعلمات التالية.

الخصائص التقنية الرئيسية

جهد الإمداد - 15... 18 فولت
الاستهلاك الحالي - لا يزيد عن 50 مللي أمبير

عمق الكشف:

مسدس - 2 م
برميل المدفع - 4 م
الخزان - 6 م

المخطط الهيكلي

يظهر مخطط الكتلة في الشكل. 31. ينتج المذبذب الرئيسي المستقر بالكوارتز نبضات على مدار الساعة لمكيف الإشارة.

أرز. 31. رسم تخطيطي لمقياس المغناطيسية التفاضلية

يوجد في أحد مخارجها موجة مربعة من التوافقي الأول، الذي يذهب إلى مضخم القدرة، مما يثير الملفات المشعة للمستشعرات 1 و 2. ويولد الخرج الآخر موجة مربعة من تردد الساعة المزدوجة المرجعي بزاوية 90 درجة. التحول لكاشف متزامن. يتم تضخيم إشارة الفرق من ملفات الخرج (الثالثة) لأجهزة الاستشعار في مضخم الاستقبال وتصحيحها بواسطة كاشف متزامن. يمكن تسجيل الإشارة الثابتة المصححة باستخدام مقياس ميكرومتر أو باستخدام أجهزة الإشارة الصوتية الموضحة في الفصول السابقة.

رسم تخطيطى

يظهر الرسم التخطيطي لمقياس المغناطيسية التفاضلية في الشكل. 32 - الجزء الأول: المذبذب الرئيسي ومكيف الإشارة ومضخم القدرة والملفات المشعة، الشكل 32. 33 - الجزء الثاني: ملفات الاستقبال ومضخم الاستقبال والكاشف المتزامن والمؤشر وإمدادات الطاقة.

أرز. 32. مخطط الدائرة الكهربائية - الجزء 1

يتم تجميع المذبذب الرئيسي على العاكسون D1.1-D1.3. يتم تثبيت تردد المولد بواسطة مرنان كوارتز أو بيزوسيراميك Q بتردد طنين قدره 215 هرتز = 32 كيلو هرتز ("كوارتز الساعة"). تمنع الدائرة R1C1 المولد من الإثارة عند التوافقيات الأعلى. يتم إغلاق دائرة OOS من خلال المقاوم R2، ويتم إغلاق دائرة POS من خلال الرنان Q. المولد بسيط، وله استهلاك تيار منخفض، ويعمل بشكل موثوق عند جهد إمداد يبلغ 3...15 فولت، ولا يحتوي على عناصر مضبوطة أو مقاومات عالية المقاومة بشكل مفرط. تردد خرج المولد حوالي 32 كيلو هرتز.

مكيف الإشارة(الشكل 32)

يتم تجميع مكيف الإشارة على عداد ثنائي D2 وD-flip-flop D3.1. نوع العداد الثنائي ليس مهما، مهمته الرئيسية هي تقسيم تردد الساعة على 2، 4 و 8، وبالتالي الحصول على تعرجات بترددات 16، 8 و 4 كيلو هرتز، على التوالي. تردد الموجة الحاملة لإثارة الملفات الباعثة هو 4 كيلو هرتز. تشكل الإشارات ذات الترددات 16 و 8 كيلو هرتز، التي تعمل على D-flip-flop D3.1، عند خرجها موجة مربعة مضاعفة فيما يتعلق بتردد الموجة الحاملة البالغ 8 كيلو هرتز، والتي يتم إزاحتها بمقدار 90 درجة بالنسبة لإشارة الخرج البالغة 8 كيلو هرتز من العداد الثنائي. يعد مثل هذا التحول ضروريًا للتشغيل العادي للكاشف المتزامن، نظرًا لأن نفس التحول له إشارة عدم تطابق مزدوجة التردد مفيدة عند خرج المستشعر. لا يتم استخدام النصف الثاني من الدائرة الدقيقة لاثنين من قلاب D - D3.2 في الدائرة، ولكن يجب توصيل مدخلاتها غير المستخدمة إما بالمنطق 1 أو المنطقي 0 للتشغيل العادي، وهو ما يظهر في الرسم التخطيطي.

المضخم(الشكل 32)

لا يبدو مضخم الطاقة هكذا للوهلة الأولى ويمثل فقط محولات قوية D1.4 و D1.5، والتي تتأرجح في الطور المضاد لدائرة تذبذبية تتكون من ملفات مشعة متصلة متوازية من المستشعر والمكثف C2. تعني العلامة النجمية الموجودة بجوار تصنيف المكثف أنه تمت الإشارة إلى قيمته تقريبًا وأنه يجب تحديدها أثناء الإعداد. العاكس غير المستخدم D1.6 ، حتى لا يترك مدخلاته غير متصلة ، يعكس إشارة D1.5 ، ولكنه يعمل عمليًا "خاملاً". تحد المقاومات R3 و R4 من تيار الخرج للعاكسات إلى مستوى مقبول وتشكل مع الدائرة المتذبذبة مرشح تمرير نطاق عالي الجودة، حيث يتطابق شكل الجهد والتيار في الملفات الباعثة للمستشعر تقريبًا مع الجيوب الأنفية.

تلقي مكبر للصوت(الشكل 33)

مكبر الصوت المستقبل هو على مرحلتين. يتم تجميعه باستخدام op-amps D4.2 وD6.1 مع ردود فعل جهد متوازية. يعمل المكثف C4 على تقليل الكسب عند الترددات الأعلى، وبالتالي منع الحمل الزائد لمسار التضخيم مع التداخل عالي التردد من شبكات الطاقة والمصادر الأخرى. تعتبر دوائر تصحيح Op-amp قياسية.

كاشف متزامن(الشكل 33)

يتم تصنيع الكاشف المتزامن باستخدام op-amp D6.2 وفقًا لدائرة قياسية. يتم استخدام شريحة D5 CMOS معدد الإرسال ومزيل تعدد الإرسال 8 × 1 كمفاتيح تناظرية (الشكل 32). يتم نقل إشارة العنوان الرقمي الخاصة بها فقط في البت الأقل أهمية، مما يوفر تحويلاً بديلاً للنقطتين K1 وK2 إلى ناقل مشترك. تتم تصفية الإشارة المصححة بواسطة المكثف C8 ويتم تضخيمها بواسطة op amp D6.2 مع توهين إضافي متزامن لمكونات التردد اللاسلكي غير المفلترة بواسطة الدوائر R14C11 وR13C9. تعد دائرة تصحيح المرجع أمبير قياسية بالنسبة للنوع المستخدم.

أرز. 33. مخطط الدائرة - الجزء 2. استقبال مكبر الصوت

مؤشر(الشكل 33)

المؤشر عبارة عن ميكرومتر مع صفر في منتصف المقياس. يمكن لجزء المؤشر استخدام دوائر الأنواع الأخرى من أجهزة الكشف عن المعادن الموصوفة سابقًا بنجاح. على وجه الخصوص، يمكن استخدام تصميم جهاز الكشف عن المعادن على أساس مبدأ مقياس التردد الإلكتروني كمؤشر. في هذه الحالة، يتم استبدال مذبذب LC الخاص به بمذبذب RC، ويتم تغذية جهد الخرج المقاس من خلال مقسم مقاوم إلى دائرة ضبط التردد للمؤقت. يمكنك قراءة المزيد عن هذا على موقع يوري كولوكولوف.

تعمل شريحة D7 على تثبيت جهد الإمداد أحادي القطب. يقوم مضخم التشغيل D4.1 بإنشاء مصدر طاقة اصطناعي في النقطة الوسطى، مما يسمح باستخدام دوائر مضخم التشغيل التقليدية ثنائية القطب. يتم تركيب المكثفات الخزفية C18-C21 على مقربة من علب الدوائر الدقيقة الرقمية D1 و D2 و D3 و D5.

أنواع الأجزاء والتصميم

أنواع الدوائر الدقيقة المستخدمة مبينة في الجدول. 6.

الجدول 6. أنواع الرقائق المستخدمة

بدلاً من الدوائر الدقيقة من سلسلة K561، من الممكن استخدام الدوائر الدقيقة من سلسلة K1561. يمكنك محاولة استخدام بعض الدوائر الدقيقة من سلسلة K176 أو نظائرها الأجنبية من سلسلة 40ХХ و40ХХХ.

يمكن استبدال مكبرات الصوت التشغيلية المزدوجة (op-amps) من سلسلة K157 بأي مضخمات تشغيلية للأغراض العامة ذات معلمات مماثلة (مع التغييرات المناسبة في دوائر التثبيت والتصحيح).

لا توجد متطلبات خاصة للمقاومات المستخدمة في دائرة مقياس المغناطيسية التفاضلية. إنهم فقط بحاجة إلى أن يكون لديهم تصميم متين ومصغر وأن يكونوا سهلين في التثبيت. تبديد الطاقة الاسمية 0.125...0.25 واط.

ويفضل أن تكون مقاييس الجهد R5 وR16 متعددة الدورات لسهولة الضبط الدقيق للجهاز. يجب أن يكون مقبض مقياس الجهد R5 مصنوعًا من البلاستيك ويجب أن يكون بطول كافٍ بحيث لا تتسبب لمسة يد المشغل أثناء الضبط في حدوث تغييرات في قراءات المؤشر بسبب التداخل.

مكثف C16 - كهربائيا من أي نوع صغير الحجم.

تتكون مكثفات الدوائر التذبذبية C2* وSZ* من عدة مكثفات (5-10 قطع) متصلة على التوازي. يتم ضبط الدائرة على الرنين عن طريق اختيار عدد المكثفات وتصنيفها. النوع الموصى به من المكثفات K10-43 أو K71-7 أو نظائرها الأجنبية القابلة للحرارة. يمكنك محاولة استخدام المكثفات الخزفية أو المعدنية التقليدية، ولكن إذا تقلبت درجة الحرارة، فسيتعين عليك ضبط الجهاز في كثير من الأحيان.

مقياس ميكرومتر - أي نوع لتيار 100 ميكرو أمبير مع وجود صفر في منتصف المقياس. تعد أجهزة قياس الميكرومتر صغيرة الحجم، على سبيل المثال، النوع M4247، ملائمة. يمكنك استخدام أي مقياس ميكرومتر تقريبًا، وحتى ملليمترتر - مع أي حد للمقياس. للقيام بذلك، تحتاج إلى ضبط قيم المقاومات R15-R17 وفقا لذلك.

مرنان الكوارتز Q - أي ساعة كوارتز صغيرة الحجم (تستخدم تلك المماثلة أيضًا في الألعاب الإلكترونية المحمولة).

التبديل S1 - أي نوع، صغير الحجم.

تصنع ملفات المستشعر من نوى دائرية من الفريت يبلغ قطرها 8 مم (تستخدم في الهوائيات المغناطيسية لأجهزة الاستقبال الراديوية في نطاقات CB وDV) ويبلغ طولها حوالي 10 سم، وتتكون كل ملف من 200 لفة من سلك لف النحاس مع قطر 0.31 مم، ملفوف بشكل متساوٍ ومحكم في طبقتين في عزل مزدوج من الحرير. يتم تثبيت طبقة من رقائق الشاشة على جميع اللفات. حواف الشاشة معزولة عن بعضها البعض لمنع تكوين دائرة قصر. يتكون إخراج الشاشة من سلك نحاسي أحادي النواة معلب. في حالة شاشة رقائق الألومنيوم، يتم وضع هذه المحطة على الشاشة بطولها بالكامل وملفوفة بإحكام بشريط كهربائي. في حالة الشاشة المصنوعة من رقائق النحاس أو النحاس الأصفر، تكون المحطة ملحومة.

أرز. 34. تصميم هوائي الاستشعار

يبلغ طول الأنبوب حوالي 60 سم، ويقع كل نصف من نصفي المستشعر في نهاية الأنبوب ويتم تثبيته بالإضافة إلى ذلك بمادة مانعة للتسرب من السيليكون، والتي تملأ المساحة حول اللفات ونوىها. تتم عملية التعبئة من خلال فتحات خاصة في جسم الأنبوب. جنبا إلى جنب مع غسالات البلاستيك الفلوري، فإن هذا مانع التسرب يمنح تثبيت قضبان الفريت الهشة المرونة اللازمة، مما يمنعها من التشقق أثناء الصدمات العرضية.

إعداد الجهاز

1. تأكد من صحة التثبيت.

2. التأكد من استهلاك التيار والذي يجب ألا يتجاوز 100 مللي أمبير.

3. تحقق من التشغيل الصحيح للمذبذب الرئيسي والعناصر الأخرى لتوليد إشارة النبض.

4. قم بإعداد الدائرة التذبذبية للمستشعر. الإرسال - بتردد 4 كيلو هرتز، الاستقبال - بتردد 8 كيلو هرتز.

5. تأكد من أن مسار التضخيم والكاشف المتزامن يعملان بشكل صحيح.

العمل مع الجهاز

الإجراء الخاص بإعداد الجهاز وتشغيله هو كما يلي. نخرج إلى موقع البحث ونشغل الجهاز ونبدأ في تدوير هوائي المستشعر. من الأفضل أن تكون في مستوى عمودي يمر عبر اتجاه الشمال والجنوب. إذا كان مستشعر الجهاز مثبتًا على قضيب، فلا يمكنك تدويره، ولكن يمكنك تأرجحه إلى الحد الذي يسمح به القضيب. سوف تنحرف إبرة المؤشر (تأثير البوصلة). باستخدام المقاوم المتغير R5 نحاول تقليل سعة هذه الانحرافات. في هذه الحالة، سوف "تتحرك" النقطة الوسطى لقراءات مقياس الميكرومتر وستحتاج أيضًا إلى ضبطها باستخدام مقاوم متغير آخر R16، وهو مصمم لضبط الصفر. عندما يصبح تأثير "البوصلة" في حده الأدنى، يعتبر الجهاز متوازنًا.

بالنسبة للأجسام الصغيرة، لا تختلف طريقة البحث باستخدام مقياس المغناطيسية التفاضلية عن طريقة العمل باستخدام جهاز الكشف عن المعادن التقليدي. بالقرب من كائن ما، يمكن أن ينحرف السهم في أي اتجاه. بالنسبة للأشياء الكبيرة، سوف تنحرف إبرة المؤشر في اتجاهات مختلفة على مساحة كبيرة.

اقرا و اكتبمفيد

أرز. 29. منحنى المغنطة

أرز. 30. جهاز الاستشعار المغناطيسي التفاضلي

تكمن راحة المستشعر قيد النظر في حقيقة أنه يمكن تضمين ملفاته في الدوائر المتذبذبة لزيادة الحساسية. الأول والثاني موجودان في دائرة (أو دوائر) تذبذبية مضبوطة على تردد الموجة الحاملة. الثالث - في دائرة متأرجحة مضبوطة على التوافقي الثاني.

تصميم عملي

الخصائص التقنية الرئيسية
جهد الإمداد 15... 18 فولت
الاستهلاك الحالي لا يزيد عن 50 مللي أمبير
عمق الكشف:
بندقية 2 م
برميل البندقية 4 م
خزان 6 م

المخطط الهيكلي

أرز. 31. رسم تخطيطي لمقياس المغناطيسية التفاضلية

يظهر مخطط الكتلة في الشكل. 31. ينتج المذبذب الرئيسي المستقر بالكوارتز نبضات على مدار الساعة لمكيف الإشارة.

رسم تخطيطى

يظهر الرسم التخطيطي لمقياس المغناطيسية التفاضلية في الشكل. 32 - الجزء 1؛ المذبذب الرئيسي ومكيف الإشارة ومضخم القدرة والملفات المشعة، الشكل 1. 33 - الجزء الثاني: ملفات الاستقبال ومضخم الاستقبال والكاشف المتزامن والمؤشر وإمدادات الطاقة.

أرز. 32. مخطط الدائرة الكهربائية - الجزء الأول

المولد الرئيسي (شكل 32)

يتم تجميع المذبذب الرئيسي على العاكسون D1.1-D1.3. يتم تثبيت تردد المولد بواسطة مرنان كوارتز أو بيزوسيراميك Q بتردد طنين قدره 215 هرتز = 32 كيلو هرتز ("كوارتز الساعة"). تمنع الدائرة R1C1 المولد من الإثارة عند التوافقيات الأعلى. يتم إغلاق دائرة OOS من خلال المقاوم R2، ويتم إغلاق دائرة PIC من خلال الرنان Q. المولد بسيط، وله استهلاك تيار منخفض، ويعمل بشكل موثوق عند جهد إمداد يبلغ 3...15 فولت، ولا يحتوي على عناصر ضبط أو مقاومات عالية المقاومة بشكل مفرط. تردد خرج المولد حوالي 32 كيلو هرتز.

صانع الإشارة (الشكل 32)

مضخم الطاقة (الشكل 32)

أرز. 33. مخطط الدائرة الكهربائية – الجزء الثاني. تلقي مكبر للصوت

مضخم الاستقبال (الشكل 33)

يقوم مضخم الاستقبال بتضخيم إشارة الفرق القادمة من ملفات الاستقبال الخاصة بالمستشعر، والتي تشكل مع المكثف SZ دائرة تذبذبية مضبوطة على تردد مزدوج قدره 8 كيلو هرتز. بفضل ضبط المقاوم R5، يتم طرح الإشارات من ملفات الاستقبال بمعاملات وزن معينة، والتي يمكن تغييرها عن طريق تحريك شريط تمرير المقاوم R5. وهذا يحقق التعويض عن المعلمات غير المتطابقة لملفات استقبال المستشعر وتقليل "البوصلة" الخاصة به. مكبر الصوت المستقبل هو على مرحلتين. يتم تجميعه باستخدام op-amps D4.2 وD6.1 مع ردود فعل جهد متوازية. يعمل المكثف C4 على تقليل الكسب عند الترددات الأعلى، وبالتالي منع الحمل الزائد لمسار التضخيم مع التداخل عالي التردد من شبكات الطاقة والمصادر الأخرى. تعتبر دوائر تصحيح Op-amp قياسية.

الكاشف المتزامن (الشكل 33)

المؤشر (الشكل 33)

أنواع الأجزاء والتصميم

أنواع الدوائر الدقيقة المستخدمة مبينة في الجدول. 6.

الجدول 6. أنواع الرقائق المستخدمة

التبديل S1 - أي نوع، صغير الحجم.

أرز. 34. تصميم هوائي الاستشعار

يتم تثبيت نهايات قلوب الفريت في أقراص مركزية من البلاستيك الفلوري، والتي بفضلها يتم تثبيت كل من نصفي المستشعر داخل أنبوب بلاستيكي مصنوع من القماش، والذي يعمل بمثابة مبيت، كما هو موضح تخطيطيًا في الشكل. 34. يبلغ طول الأنبوب حوالي 60 سم، ويقع كل نصف من نصفي المستشعر في نهاية الأنبوب ويتم تثبيته بشكل إضافي بمادة مانعة للتسرب من السيليكون، والتي تملأ المساحة المحيطة باللفات وقلوبها. تتم عملية التعبئة من خلال فتحات خاصة في جسم الأنبوب. جنبا إلى جنب مع غسالات البلاستيك الفلوري، فإن هذا مانع التسرب يمنح تثبيت قضبان الفريت الهشة المرونة اللازمة، مما يمنعها من التشقق أثناء الصدمات العرضية.

إعداد الجهاز

1. تأكد من صحة التثبيت.

2. التأكد من استهلاك التيار والذي يجب ألا يتجاوز 100 مللي أمبير.

3. تحقق من التشغيل الصحيح للمذبذب الرئيسي والعناصر الأخرى لتوليد إشارة النبض.

4. قم بإعداد الدائرة التذبذبية للمستشعر. الإرسال - بتردد 4 كيلو هرتز، الاستقبال - بتردد 8 كيلو هرتز.

5. تأكد من أن مسار التضخيم والكاشف المتزامن يعملان بشكل صحيح.

العمل مع الجهاز

مقياس المغناطيسية هو جهاز يستخدم لاستكشاف المجال المغناطيسي للأرض أو البحث عن الأشياء المخفية. بناءً على مبدأ التشغيل، فإن الجهاز يشبه إلى حد ما جهاز الكشف عن المعادن الذي يتفاعل مع الأسطح المعدنية، باستثناء أنه حساس للمجال المغناطيسي الطبيعي للأرض، وكذلك الأجسام غير المعدنية الكبيرة التي لها خصائصها الخاصة. المجال المتبقي. لقد وجد الجهاز تطبيقه في مختلف فروع الصناعة والعلوم، حيث يسمح لك بتسجيل الحالات الشاذة الطبيعية ويسرع أيضًا عملية البحث عن الأشياء.

لماذا يتم استخدام مقياس المغناطيسية؟

تستجيب أجهزة قياس المغناطيسية للمجال المغناطيسي وتعبر عن قوته بوحدات قياس فيزيائية مختلفة. وفي هذا الصدد، هناك أنواع عديدة من هذه الأجهزة، كل منها مهيأ لغرض بحث محدد. وتستخدم التعديلات على هذه الأجهزة في العشرات من فروع العلوم والصناعة:

جيولوجيا.
علم الآثار.
ملاحة.
علم الزلازل.
الاستخبارات العسكرية.
الجيولوجيا.

في جيولوجياباستخدام مقياس المغناطيسية، يمكن العثور على المعادن دون الحاجة إلى إجراء اختبار الحفر لأخذ العينات. يتيح لك الجهاز تسجيل الوريد الغني بالمعادن واتخاذ قرار بشأن مدى استصواب بدء التعدين في المنطقة. أيضًا، باستخدام هذه المعدات، يمكنك تحديد أماكن وجود مصادر مياه الشرب تحت الأرض، وكيفية وجودها وحجمها. بفضل هذا، يمكنك أن تقرر مسبقًا مكان بناء بئر أو بئر للوصول إلى الماء دون الحاجة إلى أقصى قدر من التعميق.

تستخدم أجهزة قياس المغناطيسية علم الآثارأثناء الحفريات. إنها تسمح لك بالاستجابة لأساسات البناء والتماثيل والأشياء الأخرى المخفية في أعماق الأرض والتي لها مغنطة متبقية. بادئ ذي بدء، هو حرق الطوب أو الحجر. يستجيب الجهاز للمواقد والمواقد القديمة المخبأة في أعماق الأرض. يمكن استخدامه للبحث عن الأشياء في الجليد أو الثلج.

ويستخدم مقياس المغناطيسية أيضا في ملاحة. وبمساعدتها، يتم تحديد المجال المغناطيسي للأرض، ونتيجة لذلك يمكن الحصول على بيانات حول اتجاه الحركة في حالة الارتباك. وتستخدم هذه الأجهزة في الطيران والنقل البحري. تعتبر أجهزة قياس المغناطيسية من المعدات المطلوبة في المحطات الفضائية والمكوكات.

في علم الزلازلتتيح أجهزة قياس المغناطيسية التي تتفاعل مع المجال المغناطيسي للأرض إمكانية التنبؤ بالزلزال، لأنه عندما تتغير خصائص الصفائح التكتونية، تتعطل مؤشرات المجال المعتادة. وبهذه الطريقة، من الممكن تحديد الشقوق الجديدة تحت الأرض التي قد يبدأ من خلالها الانفجار.

في المخابرات العسكريةتتيح لك هذه المعدات البحث عن الأهداف العسكرية المخفية عن الرادارات التقليدية. باستخدام مقياس المغناطيسية، يمكنك التعرف على غواصة ملقاة على البحر أو قاع المحيط.

في علم التاريخ الجغرافييمكن تحديد عمر الصخور من خلال قوة المغنطة المتبقية. هناك طرق أكثر دقة، ولكن باستخدام مقياس المغناطيسية يمكن القيام بذلك في ثوانٍ، دون الحاجة إلى تحليل باهظ الثمن.

أنواع أجهزة القياس المغناطيسية حسب مبدأ التشغيل

بناءً على مبدأ عملها، تنقسم أجهزة قياس المغناطيسية إلى ثلاثة أنواع:

مغناطيسي.
تعريفي.
الكم.

يتفاعل كل صنف مع مجال مغناطيسي خارجي باستخدام مبدأ فيزيائي محدد. بناءً على هذه الأصناف الثلاثة، تم إنشاء أنواع مختلفة عالية التخصص من أجهزة قياس المغناطيسية، والتي تكون أكثر دقة للقياسات في ظل ظروف معينة.

مغناطيسي

وعلى الرغم من التعقيد الخارجي لهذا الجهاز، فإنه يعمل وفق مبدأ فيزيائي مفهوم تمامًا. يوجد داخل مقياس المغناطيسية مغناطيس دائم صغير يستجيب للمجال المغناطيسي الذي يتلامس معه. يتم تعليق المغناطيس على تعليق مرن، مما يسمح له بالدوران. ليس لديها أي صلابة تقريبًا، لذا فهي لا تمسك بها وتسمح لها بالتمرير دون مقاومة. عندما يتفاعل مغناطيس دائم مع مجال غريب يختلف اتجاهه أو قوته عن اتجاهه أو قوته، يحدث تفاعل جذب أو رفض. ونتيجة لذلك، يبدأ المغناطيس الدائم المعلق في الدوران، مما يكتشف المستشعر الحساس. وبهذه الطريقة يتم قياس قوة واتجاه المجال المغناطيسي الخارجي.

تعتمد حساسية الجهاز المغناطيسي الساكن على المغناطيس المرجعي المثبت فيه. تؤثر مرونة التعليق أيضًا على دقة القياس.

تعريفي

تحتوي أجهزة قياس المغناطيسية الحثية على ملف بداخله ملف سلك مصنوع من مادة موصلة. يتم تنشيطه من مصدر طاقة البطارية. يقوم الملف بإنشاء مجال مغناطيسي خاص به، والذي يبدأ في الاتصال بمجالات الطرف الثالث التي تمر عبر دائرته. تستجيب المستشعرات الحساسة للتغيرات التي تظهر على الملف نتيجة لهذا التفاعل. يمكنهم الاستجابة للدوران أو الاهتزاز. في الأجهزة الأكثر تعقيدًا، تستجيب المستشعرات للتغيرات في النفاذية المغناطيسية لقلب الملف. وبغض النظر عن كيفية تسجيل التغيير، يعرض الجهاز مؤشرات المجالات المغناطيسية الخارجية ويسمح لك بتحديد موقع الأشياء وحجمها ومسافتها.

الكم

يستجيب مقياس المغناطيسية الكمي للعزم المغناطيسي للإلكترونات التي تتحرك تحت تأثير المجالات المغناطيسية الخارجية. هذه معدات باهظة الثمن تُستخدم في الأبحاث المعملية، فضلاً عن عمليات البحث المعقدة. يسجل الجهاز العزم المغناطيسي للجسيمات الدقيقة وقوة المجال المقاس. يتيح لك هذا الجهاز قياس قوة المجالات الضعيفة، بما في ذلك تلك الموجودة في الفضاء الخارجي. يتم استخدام هذه المعدات في الاستكشاف الجيولوجي للبحث عن الرواسب المعدنية العميقة.

الفرق بين النماذج

مقياس المغناطيسية هو جهاز عالي التقنية قد يختلف عن الأجهزة المماثلة الأخرى ليس فقط في المبدأ الفيزيائي للاستجابة للتغيرات في المجال المغناطيسي أو الحساسية، ولكن أيضًا في خصائص أخرى. وقد تختلف الأجهزة عن بعضها البعض حسب المعايير التالية:

توافر العرض.
عدد أجهزة الاستشعار.
وجود مؤشر الصوت.
أخطاء القياس.
طريقة الإشارة.
مدة التشغيل المستمر.
الأبعاد والوزن.

أما بالنسبة لعدد أجهزة الاستشعار الحساسة، فكلما زاد عددها، زادت دقة المعدات. يمكن لمقياس المغناطيسية عرض قياساته إما رقميًا أو بيانيًا. من الصعب تحديد أيهما أفضل، لأن كل شيء يعتمد على خصائص الظروف التي يتم فيها القياس. في بعض الحالات، تحتاج فقط إلى الحصول على عرض لمؤشرات المجال المغناطيسي بالأرقام، بينما تحتاج أحيانًا إلى المزيد من التحديد البصري لمتجه دواماته. الخيار الأفضل هو الأجهزة المدمجة التي تسمح لك بتصور المؤشرات في العرض الرقمي والرسومي.

بناء مقياس مغناطيسي لمبادرة البروتون، كراسنودار، بيليتسكي A. I.

مقاييس التدفق المغناطيسي (المتجه).

أجهزة قياس المغناطيسية الحالة الصلبة